LM5101,LMP8277,LMP8601,LMP8602,LMP8603,Application Note 1923 Current Sense Demo Board User's Guide

LM5101,LMP8277,LMP8601,LMP8602,LMP8603, LMV762

Application Note 1923 Current Sense Demo Board (SOIC) User's Guide

Literature Number: ZHCA370

电流检测演示板（Array SOIC

）用户指南

AN-1923

https://www.sodocs.net/doc/622242350.html,

? 2009 National Semiconductor Corporation 300859

https://www.sodocs.net/doc/622242350.html, 2

A N -1923

概述

美国国家半导体公司的电流检测放大器是固定增益高精度放大器。器件在高共模电压的环境下对小差分信号进行放大和滤波。输入共模电压范围远大于供电轨电压范围。这些电流检测器件是Linear Monolitic Precision （LMP ?）产品系列的成员，并且是单向电流检测应用和双向电流检测应用（LMP860X ）的理想器件。

这些器件均具有在14V/V~100V/V 范围内变化的高精度固定增益，对于大部分实际应用，其增益足够用于将ADC 驱动到满量程值。该固定增益是在两个分立级中实现的，即处理宽共模电压的前置放大器和输出级缓冲放大器。信号路径两级之间的连接被引出到两个针脚上，以便于在输出缓冲放大器周围产生附加的滤波器线路。这些针脚还可用于设定不同增益的其它配置，如数据手册的应用章节中描述的。

LMP860X 的中间轨偏移调节针脚使用户能够将这些器件用于单供电电压双向电流检测。将该针脚连接到正电源轨时，输出信号是双向的并以中间轨为基准。将该偏移针脚接地时，输出信号是单向的并以地为基准。

LMP8601Q 引入了针对汽车市场的增强型制造和支持工艺，包括缺陷检测方法学。其可靠性鉴定符合AEC Q100标准中定义的要求和温度等级。器件型号增益（V/V ）CMVR 范围温度范围V S =3V3V S =5V LMP827714NA -2V~16V -40 °C ~125 °C LMP827814NA -2V~40V LMP860320-4V~27V -22V~60V -40 °C ~125 °C

LMP860250-4V~27V -22V~60V LMP8603

100

-4V~27V

-22V~60V

从此处起，为了更易于理解，本文将使用LMP8601表示安装在该电流检测演示板上的所有电流检测放大器。如果是美国国家半导体公司的另一款电流检测放大器安装在该演示板上，在阅读本文的剩余部分时请使用相应器件的型号替换LMP8601。

电流检测演示板的特性

该电流检测演示板设计用于演示美国国家半导体公司的电流检测放大器如何在四种不同的电流检测配置中工作。

1. 负载高边处的开关以及负载和开关之间的检测电阻

2. 负载高边处的开关以及负载和地之间的检测电阻

3. 负载低边处的开关以及负载和高供电电压之间的检测电阻

4. 负载低边处的开关以及开关和负载之间的检测电阻

5. 用于开关FET 的板上脉宽可控振荡器

6. 用于自动扫描占空比的板上PWM 振荡器。

用于开关负载的FET 开关可以利用板上振荡器或外部振荡器工作。

板上方波振荡器的频率可以在100Hz~10kHz 之间变化。该振荡器的占空比可以在约10%~90%的范围内自动扫描，也可以手动改变。

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330085902

电流检测演示板

低边检测输出

高边检测输出

低边驱动负载

高边驱动负载

驱动器

+5V 电源

外部时钟

占空比

频率

低边检测输出

高边检测输出

图2. 原理图

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演示板工作条件? 温度范围： 0 °C ~85 °C

? 电源电压（DC ）： 9V ≤ V supply ≤ 14V

? 负载电源电压（DC ）（注释1）： 0V ≤ V HV

≤ 60V

注释1：最大负载电源电压受限于安装在演示板上的电流检测放大器U1、U3、U5和U7的最大输入电压范围。

注释2：注意！安装在演示板上的电感负载（L 1及L 2）是用于模拟接近特定目标应用的开关行为的折衷方案。该电感负载不能长时间地处理占空比>50%和负载供电电压>24V 的负载条件。该负载条件将导致这些部件过热并有可能损坏这些部件。

电流检测演示板电路说明

电流检测演示板的电源该电流检测演示板需要两个电源电压：一个电源电压（标为+9~14V ）用于为板上振荡器、FET 控制电路和板上LMP8601器件供电。此电源电压应为9V~14V DC 。该电源的供电电流需要低于50 mA 。

第二个供电电压（标为+HV ）为开关负载供电。+HV 电源的最大电压受限于安装在PCB 上的电流检测器件。对于LMP8601，该电压的上限为60 VDC 。

演示板上的两个负载电路可以分别开启。J1上的跳线可以实现高边开关负载电路。J11上的跳线可以实现低边开关负载电路。

30085904

电源

图3. 电源连接器和接头

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外部信号

频率范围

频率调节

PWM 扫描

占空比调节

图4. 板上振荡器的原理图

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该板上振荡器是在U2周围构建的具有推挽输出的双LMV762低电压高精度比较器。该振荡器电路由U2A 周围构建的一个非稳态多谐振荡器组成。该电路在U2A 的输出端生成方波电压，并在电容的(-)输入端生成锯齿波。该电容电压（参见图5中的Cap ）与比较器U2B 中可调节的参考电压（参见图5中的Ref ）进行比较。因此，通过改变比较器针脚5的参考电压即可改变U2B 输出波形的占空比。图5示出该电路的

波形。

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图5. 振荡器波形

第二个低频振荡器（U8A ）产生自动脉宽调制器扫描功能。该电路的工作与上述关于U2A 的振荡器的工作相同。

将跳线J26置于针脚1-2，控制U2B 输出端占空比的U2B 参考电压输入连接到C33。C33处的信号是随着低于1Hz 的频率缓慢变化的锯齿波。因此在该配置中，振荡器的脉宽在约10%~90%之间自动地上下扫描。

扫描速率受控于R28。

板上振荡器控制位置

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外部时钟

扫描速率（自动）

占空比（手动）

PWM/手动控制切换

频率范围开关频率

内部/外部时钟切换图6. 振荡器控制

AN-1923门极驱动器

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驱动：高检测：低

接头 2

续流二极管

高边开关

漏极

源极

电流

偏移

地

地

驱动：高检测：低

接头 2x 2

接头 2

偏移

偏移

偏移

接头 2x 2

接头 2

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高边使能

外部负载电流探针

偏移选择

图9. 用于高边开关应用的连接器和跳线

低边开关应用

在低边开关应用电路中，负载连接到+HV 供电电压并且FET 将负载的低边切换到GND 。该电路提供了两个电流检测电阻，它们连接到两个LMP8601放大器。一个电阻RS3位于负载的供电端，另一电阻RS4位于负载的低边，在FET 的开关过程中该位置将出现很大的电压瞬变。

选择安装在该演示板上的电感负载，以使波形在非常低的电流下与主要的目标应用相匹配。对于高边开关电路，通过将接头J27和J28的针脚1-2之间的跳线取下，并将负载置于J27和J28的针脚2、3、4之间，可以连接板上负载。

该负载的阻抗必须保证所有的电流和电压处于安装在演示板上的各种部件（如FET 、电容、检测电阻等）的安全标称范围内。

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A N -1923

驱动：低检测：低

接头 2

续流二极管

偏移

地

地

驱动：低检测：高

接头 2x 2

接头 2

偏移

偏移

偏移

接头 2x 2

接头 2

接头 3

漏极

源极

低边开关

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低边使能

外部负载电流探针

偏移选择

图11. 用于低边开关应用的连接器和跳线

PCB 布局图指南

本节提供了使用多种电源线和地线的PCB 布局的通用实践指南。设计人员应注意，这些指南仅是“经验性”推荐，而实际结果应基于最终布局。

差分信号

通过使差分信号的走线相互接近并使其具有相同的长度，可保持这两个信号的耦合。两个差分信号线路中的所有

阻抗应保持相同。在这些差分信号线路之间不允许存在任何其它信号线路或地线。

电源和地

应使所有地线回路接近原始信号。

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电流检测演示板的接头和连接器的说明

本电流检测演示板提供了许多用于连接测试设备和控制演示板设置的接头和连接器。如图12所示，在PCB 上也通过

丝网印刷指明了由电流检测演示板（SOIC ）上的跳线所控制的功能（括号中的名称是丝网印刷的）。

连接器和接头功能

元件标识功能或用途注释J1使能高边开关负载闭合接通

J2偏移选择

1-2以地为基准（单向）2-3中间轨偏移（双向）J3短接可选择的输出滤波器通常短接J4输出信号高边检测连接到示波器J5选择板上振荡器范围1-2=100Hz~1kHz 2-3=1kHz~10kHz

J6用于连接电流探针回路的接头通常闭合。取下跳线以连接电流探针回路J7偏移选择

1-2以地为基准（单向）2-3中间轨偏移（双向）J8短接可选择的输出滤波器通常短接J9输出信号低边检测

连接到示波器

J10J11使能低边开关负载闭合接通

J12偏移选择

1-2以地为基准（单向）2-3中间轨偏移（双向）J14短接可选择的输出滤波器通常短接J15输出信号高边检测连接到示波器J16+V sup

连接到+9 ~ +14V 电源

J17用于连接电流探针回路的接头通常闭合。取下跳线以连接电流探针回路J18GND （V sup ）连接到-9 ~ +14V 电源负端J19偏移选择

1-2以地为基准（单向）2-3中间轨偏移（双向）J20短接可选择的输出滤波器通常短接J21输出信号低边检测连接到示波器J22+（V HV ）连接到+负载电源J23GND （V HV ）连接到–负载电源

J24、J25负载连接，高边开关1-2使用片上负载

2、3、4之间使用外部负载J26PWM 选择

1-2 PWM 模式

2-3手动占空比控制J27、J28

负载连接，低边开关

1-2使用片上负载

2、3、4之间使用外部负载

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驱动：低检测：高

驱动：高检测：高

驱动：高检测：低

驱动：低检测：低

频率调节

占空比调节

P W M 扫描

电源

外部信号

门极驱动器

频率范围

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版图

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图12. 布局，丝网印刷

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1530085952

图13. 布局，顶层

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3

30085956

图14. 布局，顶层，线路未灌铜

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1730085954

图15. 布局，底层

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A N -192

3

30085957

图16. 布局，底层，线路未灌铜

AN-1923注释

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